A termikus egyensúly megteremtésének folyamata egyirányú és irreverzibilis, és a hőegyensúlyban lévő rendszer önmagában nem jár irányultsággal. Ez a folyamat visszafordíthatatlan, de az egyensúlyi állapot feltörhető és{1}}visszaállítható.
Termodinamikai szempontból, amikor két különböző hőmérsékletű objektum érintkezik, a hő spontán és egyirányú áramlik a magasabb-hőmérsékletű objektumból az alacsonyabb-hőmérsékletű objektumba, amíg a hőmérsékletek egyenlővé nem válnak, és el nem érik a termikus egyensúlyt. Ez a folyamat egyértelmű irányultságú, megfelel a termodinamika második főtételének, ezért visszafordíthatatlan.
Például egy csésze szobahőmérsékleten hagyott forró kávé természetesen lehűl, és végül eléri a környezet hőmérsékletét. Ez a folyamat azonban nem fog spontán megfordulni,{1}}még soha nem láttuk, hogy egy csésze hideg kávé automatikusan felmelegedjen és visszatérjen eredeti magas hőmérsékletére. Ez az „idő nyila” a visszafordíthatatlanság megnyilvánulása.
Fontos különbséget tenni a következők között:
Folyamat kontra állapot: A termikus egyensúly elérésének "folyamata" visszafordíthatatlan, de ha egy rendszer termikus egyensúlyi "állapotba" kerül, akkor makroszkopikus tulajdonságai stabilak és nincs irányultságuk.
Reverzibilis folyamatok idealizálása: Elméletileg létezik egy végtelenül lassú, disszipációmentes kvázi-hőátadási folyamat (például egy Carnot-ciklus izoterm folyamata), amely reverzibilis folyamatnak tekinthető. Ezt azonban a valóságban lehetetlen elérni. A gyakorlatban minden makroszkopikus folyamat, amely hőátadással jár, visszafordíthatatlan.
Miért irreverzibilisek a termikus egyensúlyi folyamatok?
Az entrópianövekedés elve vezérli: A hőátadás során a rendszer teljes entrópiája (rendellenessége) növekszik. A termodinamika második főtétele szerint egy elszigetelt rendszer entrópiája soha nem csökken; ezért a folyamat spontán módon nem fordítható vissza.
A hőmérsékleti gradiens megléte nem-egyensúlyi állapotot jelez: Amíg két objektum között hőmérséklet-különbség van, a rendszer nem-egyensúlyi állapotban van, és a hőáramlás irányult. A rendszer csak akkor kerül egyensúlyi állapotba, ha a hőmérséklet-különbség megszűnik.
A tényleges folyamatokat energialeadás kíséri: A valódi hőátadás gyakran olyan visszafordíthatatlan tényezőkkel jár, mint a konvekció és a sugárzási veszteségek, amelyek az energiaminőség romlásához vezetnek, amit nem lehet teljesen visszanyerni.
Különleges eset: nem{0}}spontán "fordított hőátadás"
Bár a hő nem tud spontán átvinni alacsony hőmérsékletről magas hőmérsékletre, ez a hatás külső munkával (például hűtőszekrényben vagy klímaberendezésben) elérhető. Ebben az esetben, bár a rendszer visszatér eredeti állapotába, a környezet energiaárat fizetett, és a teljes folyamat visszafordíthatatlan marad. Ez megerősíti Clausius kijelentését: "Lehetetlen hőt átvinni egy alacsony-hőmérsékletű objektumról egy magas-hőmérsékletű objektumra anélkül, hogy más hatások keletkeznének."
